Energetyka jądrowa – zespół zagadnień związanych z uzyskiwaniem na skalę przemysłową energii z rozszczepienia ciężkich jąder pierwiastków (głównie uranu 235).

Podstawowe zasady działania elektrowni jądrowej są takie same jak elektrowni konwencjonalnej na paliwa kopane, za wyjątkiem samego generowania ciepła. W elektrowni konwencjonalnej ciepło wytwarzane jest w procesie spalania węgla, ropy naftowej lub gazu ziemnego (nazywanych paliwami kopalnymi) a w elektrowni jądrowej powstaje podczas zachodzących reakcji rozszczepienia jąder wewnątrz reaktora.

Rozszczepienie jądra atomowego jest to reakcja jądrowa polegająca na rozpadzie jądra wzbudzonego na dwa (rzadziej trzy lub cztery) inne jądra. Powstałe fragmenty mają na ogół podobną masę. Zjawisku temu towarzyszy emisja neutronów, promieniowanie gamma i wydzielanie się znacznych ilości energii. Ponieważ jądra ulegające rozszczepieniu zwykle są jądrami ciężkimi, które posiadają więcej neutronów niż protonów, obydwa fragmenty powstałe w rozszczepieniu są jądrami neutrono-nadmiarowymi. Nadmiar neutronów jest z nich emitowany podczas aktu rozszczepienia (neutrony natychmiastowe) lub z pewnym opóźnieniem (neutrony opóźnione).

Ciężkie jądra można rozszczepić bombardując je różnymi cząstkami (rozszczepienie wymuszone), lub też mogą się one rozpaść samorzutnie (rozszczepienie samoistne).

W procesie rozszczepienia jądra atomowego suma mas produktów rozszczepienia jest większa od masy jądra ulegającego rozszczepieniu. Ubytek masy jest źródłem energii i przy rozszczepieniu jądra uranu 235 wynosi ok. 2,15 j.m.a. (jednostek masy atomowej), co odpowiada wydzieleniu ok. 198 MeV energii.

Reakcji rozszczepienia towarzyszy wydzielenie się energii około 207 MeV na rozszczepienie, w tym około:

168 MeV to energia kinetyczna produktów rozszczepienia,5 MeV to energia kinetyczna neutronów natychmiastowych,

7 MeV to energia fotonów gamma natychmiastowych,

27 MeV to energia rozpadu beta fragmentów rozszczepienia (fotony gamma, cząstki beta i antyneutrina).

Przekrój czynny na rozszczepienie określający prawdopodobieństwo rozszczepienia jąder wskutek bombardowania ich przez neutrony zależy od energii neutronów. Niektóre jądra: 233U, 235U, 239P, ulegają rozszczepieniu wskutek bombardowania ich neutronami o dowolnych energiach, włącznie z neutronami o energiach nieznacznie różnymi od energii zerowej. Przebieg przekroju czynnego na rozszczepienie dla tych izotopów wykazuje rezonanse odpowiadające poziomom energetycznym rozszczepiającego się jądra.

Inne izotopy, np. 232Th, 236U, 238U, rozszczepiają się w wypadku, gdy energia neutronów jest większa od tzw. energii progowej rozszczepienia.

rys. Prawdopodobieństwo powstania produktów rozszczepienia jąder uranu 235

Zjawisko rozszczepienia jądra atomowego odkrył w 1938 roku niemiecki fizykochemik Otto Hahn (1879-1968) wraz z Fritzem Straßmannem (1902-1980), za co w 1944 roku otrzymał nagrodę Nobla. W 1939 roku austryjacka fizyczka Lise Meitner wraz ze swoim siostrzeńcem Otto Robertem Frischem opublikowali artykuł "Disintegration of Uranium by Neutrons: a New Type of Nuclear Reaction" (Nature, 143, 239-240), wyjaśniając w nim podstawy teoretyczne zjawiska rozszczepienia jądra atomowego.

Promieniowaniem nazywamy każdą formę energii wysyłaną w postaci fal (np. promieniowanie radiowe, mikrofalowe, ultrafioletowe, gamma, rentgenowskie) lub strumienia cząstek (promieniowanie alfa, beta, neutronowe).

Najczęściej pojęcie to kojarzone jest ze światłem, ciepłem oraz substancjami promieniotwórczymi. Promieniowanie jonizujące jest to ten rodzaj promieniowania, który nie działa bezpośrednio na nasze zmysły, a przenikając przez materię powoduje powstawanie w niej ładunków elektrycznych czyli jonizację.

Promieniowaniem jonizującym jest np.:

promieniowanie alfa: strumień jader helu,

promieniowanie beta: strumień elektronów lub pozytonów,

promieniowanie gamma: fala elektromagnetyczna.

Wymienione rodzaje promieniowania w rożny sposób przenikają przez ma

Promieniowanie jonizujące występuje powszechnie w przyrodzie jako promieniowanie kosmiczne, promieniowanie emitowane przez naturalne radionuklidy znajdujące się w skorupie ziemskiej i atmosferze. Poza tym istnieją sztuczne sposoby wytwarzania promieniowania, np. w aparatach rentgenowskich, akceleratorach oraz reaktorach jądrowych.

Promieniowanie jonizujące jest stosowane w rożnych dziedzinach ludzkiej działalności np. w energetyce, hutnictwie, przemyśle elektronicznym, chemicznym, wydobywczym. Urządzenia i źródła promieniowania jonizującego są też powszechnie stosowane we współczesnej medycynie, zarówno w diagnostyce jak i w leczeniu.

Promieniowanie jonizujące może uszkadzać żywe komórki, powodując negatywne skutki dla zdrowia. Stosunkowo wcześnie odkryto, że duża dawka promieniowania jonizującego może powodować tak ciężkie schorzenia jak choroba popromienna. Małe dawki promieniowania nie powodują wystąpienia takich objawów chorobowych, ale mogą zwiększyć ryzyko zachorowania na chorobę nowotworową. Ryzyko to jest jednak bardzo małe. Większego ryzyka można spodziewać się wdychając dym tytoniowy albo pył azbestowy oraz eksponując się na promieniowanie ultrafioletowe.

Miarą wielkości narażenia człowieka na działanie promieniowania jonizującego jest dawka równoważna lub dawka skuteczna. Jednostką dawki równoważnej i skutecznej jest siwert (Sv). Siwert - to jednostka stosunkowo duża, dlatego używane są pochodne jednostki: milisiwerty (1 mSv = 0,001 Sv) i mikrosiwerty (1 µSv = 0,000001 Sv). Uznaje się, że dawka jest mała, jeżeli nie przekracza wartości około 100 mSv. Duże dawki to dawki rzędu kilku i więcej Sv.

W 2008 roku jedna czwarta średniej rocznej dawki skutecznej od wszystkich źródeł promieniowania dla statystycznego Polaka to dawka od zastosowań medycznych (wkład tej dawki systematycznie rośnie w stosunku do średniej rocznej dawki skutecznej).

Jeżeli liczba neutronów wtórnych emitowanych po procesie rozszczepienia jest większa niż liczba neutronów pochłoniętych to może rozwinąć się reakcja łańcuchowa. Neutrony wtórne są emitowane przede wszystkim w wyniku parowania silnie wzbudzonych fragmentów po ich faktycznym oddzieleniu się od siebie. Część (10%-20%) neutronów wtórnych wyrzucana jest w jeszcze wcześniejszym stadium procesu rozszczepienia. Ogólnie liczba emitowanych neutronów zwiększa się wraz ze wzrostem energii wzbudzenia jądra początkowego.

Ustawa "Prawo atomowe"

Najważniejszym aktem prawnym regulujacym zagadnienia zwiazane z atomistyką jest Ustawa z dnia 29 listopada 2000 roku Prawo atomowe z pózniejszymi zmianami.

Ustawa ta określa:

Działalność w zakresie pokojowego wykorzystywania energii atomowej związaną z rzeczywistym i potencjalnym narażeniem na promieniowanie jonizujące od sztucznych źródeł promieniotwórczych, materiałów jądrowych, urządzeń wytwarzających promieniowanie jonizujące, odpadów promieniotwórczych i wypalonego paliwa jądrowego;

Obowiązki kierownika jednostki organizacyjnej wykonującej tę działalność;

Organy właściwe w sprawach bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej;

Zasady odpowiedzialności cywilnej za szkody jądrowe;

Zasady wypełniania zobowiązań międzynarodowych, w tym w ramach Unii Europejskiej, dotyczących bezpieczeństwa jądrowego, ochrony przed promieniowaniem jonizującym oraz zabezpieczeń materiałów jądrowych i kontroli technologii jądrowych.

Ustawa określa także kary pieniężne za naruszenie przepisów dotyczących bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej oraz tryb ich nakładania.

Ustawę stosuje się również do działalności wykonywanej w warunkach zwiększonego, w wyniku działania człowieka, narażenia na naturalne promieniowanie jonizujące.

Ustawa ponadto określa zasady monitorowania skażeń promieniotwórczych i reguluje działania podejmowane w przypadku zdarzeń radiacyjnych, jak również w przypadku długotrwałego narażenia w następstwie zdarzenia radiacyjnego lub działalności wykonywanej w przeszłości.

Ustawa określa również szczególne zasady ochrony osób przed zagrożeniami wynikającymi ze stosowania promieniowania jonizującego w celach medycznych.

Ustawa z dnia 29 listopada 2000 r. Prawo atomowe (tekst jednolity 8 lipca 2011 r.)